在當(dāng)今社會，越來越多的便攜式電子產(chǎn)品充斥著人們的生活，人們的生活和工作已經(jīng)離不開iPod、手機、PDA、數(shù)碼相機、筆記本電腦這些數(shù)碼產(chǎn)品。但目前存在的主要難題是電源問題，一塊手機電池只能維持幾天時間，筆記本電腦的電池也就幾個小時。與傳統(tǒng)電池相比，燃料電池的能量至少要高10倍。一個鋰離子電池能提供300瓦小時每升的電量，而甲醇燃料電池卻能提供4800瓦小時每升的電量。因此，東芝、IBM、NEC等世界著名企業(yè)都投巨資研發(fā)燃料電池。
聚合物電解質(zhì)膜（PEM）燃料電池通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，首先化學(xué)源產(chǎn)生的氫原子在催化劑例如鉑的作用下分解并產(chǎn)生電子。電解液將在這個過程中產(chǎn)生剩余的氫離子（質(zhì)子）與燃料分離，并與大氣中的氧氣結(jié)合產(chǎn)生水。和催化劑接觸的燃料越多，電池產(chǎn)生的電流越多，催化表面大小是燃料電池功效的關(guān)鍵。
為了在有限的體積內(nèi)產(chǎn)生更多的電量，科學(xué)家在以前的研究中試圖在納米級別研制燃料電池，硅蝕刻技術(shù)、蒸發(fā)技術(shù)等芯片制造業(yè)的工藝都被借鑒，但這些方法不但價格昂貴而且受電池二維空間的限制。
威斯康星大學(xué)的研究人員肯尼斯·勒克斯教授用全新的方法解決了這個難題。新方法不但能提高納米級燃料電池的性能，而且完全避免了工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)工藝。他表示，目前最好的催化表面也只是二維的平面，每平方厘米也只能產(chǎn)生幾百微安培電量。為了把這個數(shù)字增大幾個數(shù)量級，就應(yīng)該創(chuàng)造出三維結(jié)構(gòu)的催化表面。
勒克斯教授研制的燃料電池通道非常常見，多孔的氧化鋁過濾裝置約1美元，這種過濾裝置的圓柱形孔洞直徑只有200納米。勒克斯教授用鉑銅合金制造納米導(dǎo)線，然后在硝酸中融解銅，產(chǎn)生一種隨機的狀態(tài)，使表面積最大化。
為了建立一個供能電池，科研人員首先需要在小孔中充滿酸性溶液。將一張浸透電極液的濾紙（或者是電極液聚合體）放置于兩層納米電極之間，用來傳遞氫離子。然后，可以將電極置于該復(fù)合體外表面的任何部位，以便容易形成電路。這些燃料電池可以連續(xù)或者平行排列，從而使各自提供出更高的電壓或者電流強度。
當(dāng)然，研究結(jié)果還不是完全令人滿意。勒克斯教授估計僅僅只有三分之一的電極具有活性，還有許多地方需要進一步改進。然而，即便如此，該模型具有的能量容積也比其兩倍直徑大的平版模型高許多。同時，這一模型還具有價格低等特點，總的材料花費僅為200美元。勒克斯教授稱贊它為一種真正簡便的技術(shù)方法，能量供應(yīng)相當(dāng)于一個AA電池。
在將來如果可以熟練掌握燃料電池技術(shù)，那么我們就可以開發(fā)出一種廉價、可循環(huán)使用的電池用于我們的電子小玩意。當(dāng)能量供應(yīng)不足時，我們便可以直接去商店買一個燃料電池接替用！
聚合物電解質(zhì)膜（PEM）燃料電池通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，首先化學(xué)源產(chǎn)生的氫原子在催化劑例如鉑的作用下分解并產(chǎn)生電子。電解液將在這個過程中產(chǎn)生剩余的氫離子（質(zhì)子）與燃料分離，并與大氣中的氧氣結(jié)合產(chǎn)生水。和催化劑接觸的燃料越多，電池產(chǎn)生的電流越多，催化表面大小是燃料電池功效的關(guān)鍵。
為了在有限的體積內(nèi)產(chǎn)生更多的電量，科學(xué)家在以前的研究中試圖在納米級別研制燃料電池，硅蝕刻技術(shù)、蒸發(fā)技術(shù)等芯片制造業(yè)的工藝都被借鑒，但這些方法不但價格昂貴而且受電池二維空間的限制。
威斯康星大學(xué)的研究人員肯尼斯·勒克斯教授用全新的方法解決了這個難題。新方法不但能提高納米級燃料電池的性能，而且完全避免了工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)工藝。他表示，目前最好的催化表面也只是二維的平面，每平方厘米也只能產(chǎn)生幾百微安培電量。為了把這個數(shù)字增大幾個數(shù)量級，就應(yīng)該創(chuàng)造出三維結(jié)構(gòu)的催化表面。
勒克斯教授研制的燃料電池通道非常常見，多孔的氧化鋁過濾裝置約1美元，這種過濾裝置的圓柱形孔洞直徑只有200納米。勒克斯教授用鉑銅合金制造納米導(dǎo)線，然后在硝酸中融解銅，產(chǎn)生一種隨機的狀態(tài)，使表面積最大化。
為了建立一個供能電池，科研人員首先需要在小孔中充滿酸性溶液。將一張浸透電極液的濾紙（或者是電極液聚合體）放置于兩層納米電極之間，用來傳遞氫離子。然后，可以將電極置于該復(fù)合體外表面的任何部位，以便容易形成電路。這些燃料電池可以連續(xù)或者平行排列，從而使各自提供出更高的電壓或者電流強度。
當(dāng)然，研究結(jié)果還不是完全令人滿意。勒克斯教授估計僅僅只有三分之一的電極具有活性，還有許多地方需要進一步改進。然而，即便如此，該模型具有的能量容積也比其兩倍直徑大的平版模型高許多。同時，這一模型還具有價格低等特點，總的材料花費僅為200美元。勒克斯教授稱贊它為一種真正簡便的技術(shù)方法，能量供應(yīng)相當(dāng)于一個AA電池。
在將來如果可以熟練掌握燃料電池技術(shù)，那么我們就可以開發(fā)出一種廉價、可循環(huán)使用的電池用于我們的電子小玩意。當(dāng)能量供應(yīng)不足時，我們便可以直接去商店買一個燃料電池接替用！
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來源：中國科技信息網(wǎng)
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本文鏈接：美國納米級燃料電池研究取得最新進展
http:m.mangadaku.com/news/2006-3/200631593717.html
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